CN110325298A - 芯棒、弯管及其制造方法和制造装置 - Google Patents

芯棒、弯管及其制造方法和制造装置 Download PDF

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Abstract

用于在使弯曲外侧处的破裂、弯曲内侧处的褶皱和压曲均不产生的前提下利用旋转拉伸弯曲加工制造具有高强度、小曲率半径的弯曲部的薄壁的弯管的芯棒(10)包括杆(14)、连接机构(15)以及芯棒球(16)。在芯棒球(16)的轴线方向中央位置处的与轴线方向正交的截面中，芯棒球(16)具有通过芯棒球中心(17)的第1直线(m)与芯棒球外周面(21)相交的第1位置(19)和第2位置(20)。并且，从芯棒球中心(17)到第1位置(19)的尺寸L1与从芯棒球中心(17)到第2位置(20)的尺寸L2之比(L1/L2)为0.915～0.976。

Description

芯棒、弯管及其制造方法和制造装置
技术领域
本发明涉及芯棒、弯管及其制造方法和制造装置。
背景技术
至今为止，已知几种对作为钢制、铝制或铝合金制这样的金属制的直管的管坯进行弯曲加工而制造弯管的方法。其中，旋转拉伸弯曲加工(Rotary Draw Bending)虽然使弯管产生较大的局部应变，但加工速度较快，因此作为用于高效地制造弯管的弯曲加工法被广泛使用。
图5的(a)和图5的(b)是示意且按时序地表示利用旋转拉伸弯曲加工制造弯管6的状况的说明图。另外，在以下的说明中，以金属管为钢管的情况为例。
如图5的(a)和图5的(b)所示，旋转拉伸弯曲加工使用弯曲模具(bending die)2、紧固模具(cramping die)3、刮板(wiper)4以及压力模具(pressure die)5来进行。在旋转拉伸弯曲加工中，通过利用弯曲模具2和紧固模具3夹持管坯1的轴线方向上的端部，将管坯1按压于旋转的弯曲模具2，从而在沿着管坯1的轴线方向施加拉伸载荷的同时进行弯曲加工。
弯曲模具2具有用于引导管坯1的弯曲内侧预定部1a的槽2a。弯曲模具2配置为绕旋转中心轴2b二维旋转自如。紧固模具3通过按压管坯1的弯曲外侧端部1b而将管坯1的弯曲内侧端部1c按压于弯曲模具2。
紧固模具3配置为与弯曲模具2一起绕旋转中心轴2b二维旋转自如。刮板4用于支承管坯1的弯曲内侧预定部1a。并且，压力模具5通过按压管坯1的弯曲外侧预定部1d而将管坯1的弯曲内侧预定部1a按压于刮板4。
加工时的管坯1主要产生沿着轴线方向的拉伸应变。弯曲外侧预定部1d的拉伸应变量比弯曲内侧预定部1a的拉伸应变量大。因此，若弯曲速度、拉伸力这样的弯曲条件不当，则弯曲外侧预定部1d的拉伸应变量超过管坯1的断裂极限，管坯1断裂。通过适当地选定弯曲条件而尽可能减小弯曲外侧预定部1d的拉伸应变量在旋转拉伸弯曲加工中是重要的。
作为减小管坯1的弯曲外侧预定部1d的拉伸应变量的方法，已知(a)通过利用背侧助推器(back booster)7沿着轴线方向按压管坯1，或者(b)通过使压力模具5以比弯曲模具2的旋转速度高的速度向管坯进给方向移动，从而对管坯1施加沿着轴线方向的压缩力。
有时对利用旋转拉伸弯曲加工制造的弯管6进一步进行例如管材液压成型(tubehydroforming)这样的后加工。通过管材液压成型对弯管6连续地施加比较大的载荷。
即使管坯1在旋转拉伸弯曲加工中不断裂，若因旋转拉伸弯曲加工而已经存在于弯管6的拉伸应变量和因管材液压成型而新产生的应变量的合计量超过断裂极限，则弯管6断裂。该合计量不是应变量的单纯的合计量，而是基于塑性力学原理的合计量。为了防止弯管6的断裂，减少因旋转拉伸弯曲加工而产生于管坯1的拉伸应变量是有效的。
至今为止，利用旋转拉伸弯曲加工制造弯管6并将其作为最终制品的情况、因旋转拉伸弯曲加工后的管材液压成型而施加于弯管6的应变量不大的情况较多。
因此，至今为止，在利用旋转拉伸弯曲加工制造弯管6时，对如下事项进行了关注：在管坯1的弯曲外侧预定部1d不断裂的条件下，尽可能抑制弯曲部9的扁平化。作为实现该目的的有效的工具，使用了芯棒(也称为芯杆或芯子)8。
芯棒8包括杆(柄)8a、例如球面轴承这样的连接机构8b以及被连接机构8b支承为相对于杆8a二维或三维地位移自如的芯棒球(mandrel ball)8c。
芯棒8以在其与管坯1之间具有间隙的方式配置于管坯1的内部。图5的(a)和图5的(b)所示的芯棒8具有两个连接机构8b和两个芯棒球8c。配置于杆8a的顶端的圆形截面的两个芯棒球8c抑制弯曲部9的扁平化。
在专利文献1～3中公开了旋转拉伸弯曲加工所使用的芯棒。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开平7－290156号公报
专利文献2：日本特开2001－232421号公报
专利文献3：日本特开2006－187785号公报
发明内容
发明要解决的问题
近年，为了实现以弯管6为原材料的工业制品的进一步的轻量化，一直在要求弯管6的高强度化和薄壁化。并且，为了实现工业制品的小型化，要求弯管6的弯曲部9的小曲率半径化和薄壁化。
本发明人研究了利用旋转拉伸弯曲加工制造具有高强度、小曲率半径且薄壁的弯曲部9的弯管6的情况。其结果，新发现了如下内容，即，以往那样，不仅在弯曲部9的弯曲外侧9b处产生因局部的减薄而导致的断裂，而且在弯曲内侧9a处还产生褶皱、压曲。断裂的弯管6自然无法作为最终制品的原材料使用，产生了褶皱、压曲的弯管6也无法作为最终制品的原材料使用。
本发明的目的在于，以在不产生弯曲部的弯曲外侧处的断裂的前提下将弯曲内侧处的褶皱、压曲均限制于容许范围内的方式利用旋转拉伸弯曲加工制造具有高强度或小曲率半径且薄壁的弯曲部的弯管。
用于解决问题的方案
本发明人为了解决上述问题而反复进行了深入研究，结果得到以下列举的见解A～C，进一步反复进行研究而完成了本发明。
(A)在使用具有圆形截面的以往的芯棒球对管坯1进行旋转拉伸弯曲加工而制造弯管6的情况下，弯曲部9的减薄和扁平化处于相互矛盾的关系。
例如，若使芯棒8的设置位置从基准位置向弯曲部9侧(图5的(a)中的右方))前进而提高芯棒8的作用，则能够抑制弯曲部9的扁平化，但易于产生弯曲部9的弯曲外侧9b的断裂。
另一方面，若使芯棒8的设置位置从基准位置向图5的(b)中的左方后退而减弱芯棒的作用，则能够抑制弯曲部9的弯曲外侧9b处的断裂的产生，但弯曲部9的扁平化变得显著。
(B)若使用具有在芯棒球的轴线方向中央位置处的与轴线方向正交的截面中从芯棒球中心到芯棒球的位于与直管的弯曲最外侧预定部相对的位置的第1位置的尺寸比从芯棒球中心到芯棒球的位于与直管的弯曲最内侧预定部相对的位置的第2位置的尺寸小预定量的形状的芯棒球(以下也称为“非对称型的芯棒球”)来代替图5的(a)和图5的(b)所示的以往的芯棒球8c，则在旋转拉伸弯曲加工时，能够使芯棒球与管坯的弯曲外侧预定部的间隙比以往的该间隙大。
由此，能够在防止弯曲部的弯曲外侧处的断裂的产生的同时将弯曲部的扁平化和在弯曲内侧产生的褶皱、压曲抑制在能够容许的程度。
(C)使用非对称型的芯棒球制造的弯管以良好的水平兼具高强度、适当的扁平率和减薄率。因此，对于该弯管而言，即使不在之后进行管材液压成型等二次加工也能够直接将其作为制品的原材料使用，或者也能够进一步进行二次加工而将其作为最终制品。
本发明如以下所列举。
(1)一种芯棒，其包括杆、通过与该杆球面接触而能够向任意的方向旋转的连接机构以及被该连接机构支承为相对于所述杆二维或三维地位移自如的芯棒球，其中，
该芯棒仅具有一组所述连接机构和所述芯棒球的组合，
在所述芯棒球的轴线方向中央位置处的与轴线方向正交的截面中，
该芯棒球具有通过芯棒球中心的第1直线与芯棒球外周面相交的第1位置和第2位置，并且，
从所述芯棒球中心到所述第1位置的尺寸L1与从所述芯棒球中心到所述第2位置的尺寸L2之比(L1/L2)为0.915以上且0.976以下。
(2)根据技术方案1所述的芯棒，其中，在所述芯棒球的轴线方向中央位置处的与轴线方向正交的截面中，所述芯棒球具有由与所述第1直线正交的第2直线和芯棒球外周面的包含所述第1位置的部分包围的第1区域及由所述第2直线和芯棒球外周面的包含所述第2位置的部分包围的第2区域。
(3)根据技术方案1或2所述的芯棒，其中，在所述芯棒球的轴线方向中央位置处的与轴线方向正交的截面中，芯棒球外周面的位于所述第1区域的部分与芯棒球外周面的位于所述第2区域的部分连续地相连。
(4)根据技术方案2或3所述的芯棒，其中，在所述芯棒球的轴线方向中央位置处的与轴线方向正交的截面中，芯棒球外周面的位于所述第2区域的部分的形状为半圆形。
(5)一种弯管的制造方法，其使用弯曲模具、紧固模具、刮板以及压力模具，对管坯进行旋转拉伸弯曲加工而制造具有二维弯曲的弯曲部的弯管，
该弯曲模具具有用于引导作为直管的所述管坯的弯曲内侧预定部的槽，能够二维旋转，
该紧固模具用于按压所述管坯的弯曲外侧端部而将所述管坯的弯曲内侧端部按压于所述弯曲模具，能够与所述弯曲模具一起二维旋转，
该刮板用于支承所述管坯的弯曲内侧预定部，
该压力模具用于按压所述管坯的弯曲外侧预定部而将所述管坯的弯曲内侧预定部按压于所述刮板，其中，
将技术方案1～4中任一项所述的芯棒以所述芯棒球的所述第1位置位于与所述管坯的弯曲最外侧预定部相对的位置且所述芯棒球的所述第2位置位于与所述管坯的弯曲最内侧预定部相对的位置的方式配置于所述管坯的内部而进行所述旋转拉伸弯曲加工。
(6)根据技术方案5所述的弯管的制造方法，其中，在对所述管坯施加沿着轴线方向的压缩力的同时进行所述旋转拉伸弯曲加工。
(7)一种弯管的制造装置，其包括：
弯曲模具，其具有用于引导作为直管的管坯的弯曲内侧预定部的槽，能够二维旋转；
紧固模具，其用于按压所述管坯的弯曲外侧端部而将所述管坯的弯曲内侧端部按压于所述弯曲模具，能够与所述弯曲模具一起二维旋转；
刮板，其用于支承所述管坯的弯曲内侧预定部；以及
压力模具，其用于按压所述管坯的弯曲外侧预定部而将所述管坯的弯曲内侧预定部按压于所述刮板，
该制造装置用于对所述管坯进行旋转拉伸弯曲加工而制造具有二维弯曲的弯曲部的弯管，其中，
该制造装置还包括配置于所述管坯的内部的技术方案1～4中任一项所述的芯棒，
所述芯棒以所述芯棒球的所述第1位置位于与所述直管的弯曲最外侧预定部相对的位置且所述芯棒球的所述第2位置位于与所述直管的弯曲最内侧预定部相对的位置的方式配置。
(8)根据技术方案7所述的弯管的制造装置，其中，该制造装置包括用于对进行所述旋转拉伸弯曲加工的所述管坯施加沿着轴线方向的压缩力的部件。
(9)一种弯管，其为钢制，包括直管部和二维弯曲的弯曲部，其中，
在将所述弯曲部的壁厚设为t1(mm)、将所述直管部的壁厚设为t2(mm)、将所述直管部的外径设为D1(mm)、将所述弯曲部的弯曲半径设为R(mm)、将所述弯曲部的弯曲角度设为θ(°)的情况下，
t2/D1：0.005～0.3、
t2：0.5～30、
D1：15～700、
R：1D1～6D1、
θ：0～180、
最大减薄率：14.5％以下、
最大扁平率：8.0％以下、
刚刚弯曲之后的硬度比：8％～50％。
其中，
最大减薄率：{(t2－t1)/t2}×100(％)的最大值、
最大扁平率：所述弯曲部的{(外径的最大值－外径的最小值)/D1}×100(％)的最大值、
刚刚弯曲之后的硬度比：(对弯曲部的弯曲外侧的中央部的L形截面沿着管长度方向以1mm节距、Hv(10kg)测量5点而得到的值的平均值)－(对直管部的L形截面沿着管长度方向以1mm节距、Hv(10kg)测量5点而得到的值的平均值)}/(对直管部的L形截面沿着管长度方向以1mm节距、Hv(10kg)测量5点而得到的值的平均值)。
发明的效果
根据本发明，能够以在防止弯曲部的弯曲外侧处的断裂的产生的同时将弯曲部的截面的扁平化和弯曲内侧处的褶皱、压曲的产生均抑制在能够容许的程度的方式，利用旋转拉伸弯曲加工在冷加工条件下制造具有高强度或小曲率半径的弯曲部的薄壁的弯管。
本发明的弯管以良好的水平兼具高强度、适当的扁平率和减薄率。因此，能够不在之后进行管材液压成型等二次加工而直接将其作为制品的原材料使用，也能够进一步进行二次加工而将其作为最终制品。
附图说明
图1的(a)是表示本发明的芯棒的侧视图，图1的(b)是沿着图1的(a)中的A－A的剖视图。
图2是表示旋转拉伸弯曲加工的开始时的说明图。
图3是表示旋转拉伸弯曲加工的结束时的说明图。
图4是表示减薄率的结果的图表。
图5的(a)和图5的(b)是示意且按时序地表示利用旋转拉伸弯曲加工制造弯管的状况的说明图。
具体实施方式
说明本发明。在以下的说明中，以管坯为具有980MPa级，即980MPa～1179MPa的拉伸强度的高张力钢管的情况为例。本发明不限定于高张力钢管。在管坯为具有小于980MPa的拉伸强度的钢管、不锈钢管、工业用纯铝管、铝合金管、工业用纯钛管或钛合金管的情况下，也能够同等地应用本发明。
1.本发明的芯棒10
图1的(a)是表示芯棒10的侧视图，图1的(b)是沿着图1的(a)中的A－A的剖视图，表示芯棒球16的轴线方向中央位置处的截面。图2是表示旋转拉伸弯曲加工的开始时的说明图。并且，图3是表示旋转拉伸弯曲加工的结束时的说明图。
如图1的(a)所示，芯棒10包括杆14、连接机构15以及芯棒球16。连接机构15设于杆14。连接机构15通过与杆14球面接触而配置为能够向任意的方向旋转。
芯棒球16支承于连接机构15。芯棒球16利用连接机构15配置为相对于杆14向二维或三维的方向旋转自如。芯棒球16相对于杆14的位移角度的最大值为40°。芯棒10以在其与图2所示的管坯11之间具有间隙的方式配置于管坯11的内部。
杆14、连接机构15以及芯棒球16的材质只要是惯用于这种芯棒的通常的材质即可，例如使用合金工具钢。
如图2、图3所示，芯棒10用于在对管坯11进行旋转拉伸弯曲加工而制造具有弯曲部12－1的弯管13时，配置于管坯11的内部而抑制弯曲部12－1的截面的扁平化。
如图1的(b)所示，在芯棒球16的轴线方向中央位置处的与轴线方向正交的截面中，芯棒球16具有通过与杆中心14a一致的芯棒球中心17的第1直线m与芯棒球外周面21相交的第1位置19和第2位置20。
从芯棒球中心17到第1位置19的尺寸L1与从芯棒球中心17到第2位置20的尺寸L2之比(L1/L2)为0.915～0.976，优选为0.915～0.953。即，尺寸L1比尺寸L2小2.4％～8.5％，优选为尺寸L1比尺寸L2小4.7％～8.5％。这样，芯棒球16是非对称型的芯棒球。
芯棒球16是非对称型的芯棒球，因此能够使芯棒球16与管坯11的弯曲外侧预定部11d之间的间隙比以往的该间隙大。由此，能够在防止弯管13的弯曲部12－1的弯曲外侧12b处的断裂的产生的同时将弯曲部12－1的截面的扁平化和弯曲内侧12a处的褶皱、压曲的产生均抑制在能够容许的程度。
如图1的(b)所示，在芯棒球16的轴线方向中央位置处的与轴线方向正交的截面中，芯棒球16具有由与第1直线m正交的第2直线n和芯棒球外周面21的包含第1位置19的部分包围的第1区域22。芯棒球16还具有由第2直线n和芯棒球外周面21的包含第2位置20的部分包围的第2区域23。在图1的(b)中，对第1区域22标注了右上倾斜阴影线，对第2区域23标注了右下倾斜阴影线。
如图1的(b)所示，为了抑制弯管13的变形，优选的是，芯棒球外周面21的位于第1区域22的部分与芯棒球外周面21的位于第2区域23的部分连续且平滑地相连。但是，不限定于此。
芯棒球外周面21的位于第1区域22的部分的形状只要是能够使芯棒球外周面21与管坯11的弯曲外侧预定部11d之间的间隙比芯棒球外周面21与管坯11的弯曲内侧预定部11a之间的间隙大的形状即可。因此，也容许例如台阶、凹陷存在于芯棒球外周面21的位于第1区域22的部分与芯棒球外周面21的位于第2区域23的部分的相交位置。
此外，在芯棒球16的轴线方向中央位置处的与轴线方向正交的截面中，不需要芯棒球外周面21的位于第1区域22的部分是曲率恒定的曲线。
在将管坯11的外径设为D1(mm)的情况下，若处于小径管的范围(φ25.4～φ114.3)，则芯棒球16的轴线方向上的尺寸L3优选为0.3D1～0.5D1。
为了在防止弯曲部12－1的弯曲外侧12b处的断裂的产生的同时将弯曲部12－1的截面的扁平化和弯曲内侧12a处的褶皱、压曲的产生均抑制在能够容许的程度，若处于小径管的范围(φ25.4～φ114.3)，则从芯棒球16的最顶端部的位置到后述的基准位置的芯棒轴线方向距离L4优选为0.5D1～0.7D1。
如图1的(b)所示，在芯棒球16的轴线方向中央位置处的与轴线方向正交的截面中，芯棒球外周面21的位于第2区域23的部分的形状是沿着弯管13的弯曲内侧12a的内表面形状延伸的形状，因此优选为例如半圆形。
在图2中，芯棒10以芯棒球16的第1位置19位于与管坯11的弯曲最外侧预定部11e相对的位置且芯棒球16的第2位置20位于与直管11的弯曲最内侧预定部11f相对的位置的方式配置。但是，本发明不限定于该形态。
具体而言，在将图1的(b)所示的截面，即芯棒球16的轴线方向中央位置处的与轴线方向正交的截面中的芯棒球中心17的中心角的大小设为0°的情况下，即使将芯棒10相对于直管11在所述中心角的±30°的范围内，优选为±15°的范围内偏转地配置，也能够获得本发明的效果。
芯棒10的上述以外的结构与惯用于这种芯棒的结构相同即可，被本领域技术人员所周知，因此省略说明。
2.本发明的制造装置30
如图2、图3所示，制造装置30是对管坯11进行旋转拉伸弯曲加工而制造具有二维弯曲的弯曲部12－1的弯管13的装置。
在管坯11的拉伸强度为980MPa以上时，能够更显著地体现本发明的效果。其原因在于，在管坯11的拉伸强度为980MPa以上的情况下，弯曲加工时的弯曲部12－1的截面的扁平化、弯曲部12－1的弯曲外侧12b处的断裂和弯曲内侧12a处的褶皱、压曲的产生变得显著。
制造装置30与图5的(a)和图5的(b)所示的以往的制造装置同样，包括弯曲模具31、紧固模具32、刮板33以及压力模具34。弯曲模具31具有槽31a。槽31a用于引导管坯11的弯曲内侧预定部11a。弯曲模具31配置为能够绕旋转中心轴31b二维旋转。
紧固模具32用于按压管坯11的弯曲外侧端部11b而将管坯11的弯曲内侧端部11c按压于弯曲模具31。紧固模具32配置为能够与弯曲模具31一起绕旋转中心轴31b二维旋转。
刮板33用于支承管坯11的弯曲内侧预定部11a。并且，压力模具34用于按压管坯11的弯曲外侧预定部11d而将管坯11的弯曲内侧预定部11a按压于刮板33。
制造装置30还包括芯棒10。芯棒10以与管坯1之间具有间隙的方式配置于管坯11的内部。
芯棒10以芯棒球16的第1位置19位于与管坯11的弯曲最外侧预定部11e相对的位置且芯棒球16的第2位置20位于与管坯11的弯曲最内侧预定部11f相对的位置的方式配置于管坯11的内部的基准位置。
在此，“基准位置”是指，在图2所示的旋转拉伸弯曲加工开始时的弯曲模具31的旋转平面中，在管坯11的进给方向上，杆14的直线部与顶端圆角部相交的圆角端与弯曲模具31的旋转中心轴31b一致的位置。
制造装置30也可以通过具备用于沿着轴线方向按压管坯11的背侧助推器35或使压力模具34以比弯曲模具31的旋转速度高的速度向管坯进给方向移动而对弯曲加工中的管坯11施加沿着轴线方向的压缩力。
3.本发明的制造方法
本发明的制造方法利用制造装置30来进行。在本发明的制造方法中，使用上述的弯曲模具31、紧固模具32、刮板33、压力模具34以及芯棒10，对直管11进行旋转拉伸弯曲加工而制造具有二维弯曲的弯曲部12－1的弯管13。
在图2所示的弯管13的制造开始时，芯棒10以芯棒球16的第1位置19位于与管坯11的弯曲最外侧预定部11e相对的位置且芯棒球16的第2位置20位于与管坯11的弯曲最内侧预定部11f相对的位置的方式配置于管坯11的内部的基准位置。
因此，在弯曲加工中，能够使芯棒球16与管坯11的弯曲最外侧预定部11e之间的间隙比以往的该间隙大。由此，能够在防止弯管13的弯曲部12－1的弯曲外侧12b处的断裂的产生的同时将弯曲部12－1的截面的扁平化和弯曲内侧12a处的褶皱、压曲的产生均抑制在容许范围内。
芯棒球16的轴线方向上的尺寸L3优选为L3＝0.3D1～0.5D1，芯棒球16的最顶端部与所述基准位置的芯棒球轴线方向距离L4优选为L4＝0.5D1～0.7D1。
并且，也可以是，在弯曲加工中，通过利用背侧助推器35沿着轴线方向按压管坯11、使压力模具5以比弯曲模具2的旋转速度高的速度向管坯进给方向移动而对管坯11施加沿着轴线方向的压缩力。
4.本发明的弯管
利用上述的本发明的制造方法和制造装置制造的弯管13具有至少一个二维弯曲的弯曲部12－1。直管部分的钢管长度方向的拉伸强度优选为980MPa以上，更优选为980MPa～1179MPa。
对于弯管13而言，在将弯曲部12－1的壁厚设为t1(mm)、将弯曲部12－1以外的直管部12－2的壁厚设为t2(mm)、将外径设为D1(mm)、将弯曲部12－1的弯曲半径设为R(mm)、将弯曲部12－1的弯曲角度设为θ(°)的情况下，弯管13还具有以下列举的特征。
(4－1)t2/D1：0.005～0.3
(4－2)t2：0.5～30
(4－3)D1：15～700
(4－4)R：1D1～6D1
(4－5)θ：0°～180°
(4－6)最大减薄率：14.5％以下
最大减薄率设为{(t2－t1)/t2}×100(％)的最大值而求出。
(4－7)最大扁平率：8.0％以下
最大扁平率设为弯曲部12－1的{(外径的最大值－外径的最小值)/D1}×100(％)的最大值而求出。
(4－8)刚刚弯曲之后的硬度比：8％～50％
刚刚弯曲之后的硬度比设为(对弯曲部12－1的弯曲外侧12b的中央部的L形截面沿着管长度方向以1mm节距、Hv(10kg)测量5点而得到的值的平均值)－(对直管部12－2的L形截面沿着管长度方向以1mm节距、Hv(10kg)测量5点而得到的值的平均值)}/(对直管部12－2的L形截面沿着管长度方向以1mm节距、Hv(10kg)测量5点而得到的值的平均值)而求出。
这样，弯管13兼具这些特征，特别是，以良好的水平兼具高强度、适当的扁平率和减薄率。因此，对于弯管13而言，即使不进行管材液压成型等二次加工也能够直接将其作为制品的原材料使用，或者也能够进行二次加工而将其作为最终制品。
实施例
分别使用将图5的(a)和图5的(b)所示的以往的芯棒8配置于基准位置的旋转拉伸弯曲加工装置(以往例1)、将图5的(a)和图5的(b)所示的以往的球形的芯棒8配置于自基准位置后退的位置的旋转拉伸弯曲装置(以往例2)、采用图1～图3所示的本发明的芯棒10的旋转拉伸弯曲加工装置(本发明例1～3)，通过有限元模拟分析在管坯1、11的拉伸强度：980MPa、直管部12－2的壁厚t2：1.0mm、直管部12－2的外径D1：38.1mm、弯曲部12－1、9的弯曲半径R：76.2mm、弯曲部12－1、9的弯曲角度：90°的条件下制造图3、图5的(b)所示的弯管13、6的情况，利用上述的方法求出弯曲部12－1、9的最大扁平率、最大减薄率以及刚刚弯曲之后的硬度比。
在表1中，将最大扁平率：8.0％以下且最大减薄率：14.5％以下的情况评价为良好。
将减薄率的结果以图表的方式示于图4，并且将最大扁平率的结果和最大减薄率的结果示于表1。
[表1]
在以往例1中，旋转拉伸弯曲加工时的最大减薄率较大，因此即使在旋转拉伸弯曲加工中不产生破裂，若在旋转拉伸弯曲加工之后进行例如管材液压成型等二次加工，则也有可能在弯管产生破裂。
以往例2是降低旋转拉伸弯曲加工中的最大减薄率的公知的方法。以往例2确实能够降低最大减薄率，但最大扁平率恶化，若不对得到的弯管进行液压成型等二次加工，则无法作为制品使用。
相对于此，在本发明例1～3中，最大扁平率：7.5％～7.9％，最大减薄率：13.7％～14.3％，能够以较高的水平兼顾最大减薄率的增加的防止和最大扁平率的恶化的防止。
本发明例1～3的弯管13以良好的水平兼具高强度、适当的扁平率和减薄率。因此，对于弯管13而言，能够不在之后进行管材液压成型等二次加工而直接将其作为制品的原材料使用，或者也能够进一步进行二次加工而将其作为最终制品。
附图标记说明
1、管坯；1a、弯曲内侧预定部；1b、弯曲外侧端部；1c、弯曲内侧端部；1d、弯曲外侧预定部；2、弯曲模具；2a、槽；2b、旋转中心轴；3、紧固模具；4、刮板；5、压力模具；6、弯管；7、背侧助推器；8、芯棒；8a、杆；8b、连接机构；8c、芯棒球；9、弯曲部；9a、弯曲内侧；9b、弯曲外侧；10、本发明的芯棒；11、管坯；11a、弯曲内侧预定部；11b、弯曲外侧端部；11c、弯曲内侧端部；11d、弯曲外侧预定部；11e、弯曲最外侧预定部；11f、弯曲最内侧预定部；12a、弯曲内侧；12b、弯曲外侧；13、弯管；14、杆；14a、杆中心；15、连接机构；16、芯棒球；17、芯棒球中心；19、第1位置；20、第2位置；21、芯棒球外周面；22、第1区域；23、第2区域；30、制造装置；31、弯曲模具；31a、槽；31b、旋转中心轴；32、紧固模具；33、刮板；34、压力模具；35、背侧助推器；m、第1直线；n、第2直线。

Claims (9)

1.一种芯棒，其包括杆、通过与该杆球面接触而能够向任意的方向旋转的连接机构以及被该连接机构支承为相对于所述杆二维或三维地位移自如的芯棒球，其中，
在所述芯棒球的轴线方向中央位置处的与轴线方向正交的截面中，
该芯棒球具有通过芯棒球中心的第1直线与芯棒球外周面相交的第1位置和第2位置，并且，
从所述芯棒球中心到所述第1位置的尺寸L1与从所述芯棒球中心到所述第2位置的尺寸L2之比(L1/L2)为0.915～0.976。
2.根据权利要求1所述的芯棒，其中，
在所述芯棒球的轴线方向中央位置处的与轴线方向正交的截面中，所述芯棒球具有由与所述第1直线正交的第2直线和芯棒球外周面的包含所述第1位置的部分包围的第1区域及由所述第2直线和芯棒球外周面的包含所述第2位置的部分包围的第2区域。
3.根据权利要求1或2所述的芯棒，其中，
在所述芯棒球的轴线方向中央位置处的与轴线方向正交的截面中，芯棒球外周面的位于所述第1区域的部分与芯棒球外周面的位于所述第2区域的部分连续地相连。
4.根据权利要求2或3所述的芯棒，其中，
在所述芯棒球的轴线方向中央位置处的与轴线方向正交的截面中，芯棒球外周面的位于所述第2区域的部分的形状为半圆形。
5.一种弯管的制造方法，其使用弯曲模具、紧固模具、刮板以及压力模具，对管坯进行旋转拉伸弯曲加工而制造具有二维弯曲的弯曲部的弯管，
该弯曲模具具有用于引导作为直管的所述管坯的弯曲内侧预定部的槽，能够二维旋转，
该紧固模具用于按压所述管坯的弯曲外侧端部而将所述管坯的弯曲内侧端部按压于所述弯曲模具，能够与所述弯曲模具一起二维旋转，
该刮板用于支承所述管坯的弯曲内侧预定部，
该压力模具用于按压所述管坯的弯曲外侧预定部而将所述管坯的弯曲内侧预定部按压于所述刮板，其中，
将权利要求1～4中任一项所述的芯棒以所述芯棒球的所述第1位置位于与所述管坯的弯曲最外侧预定部相对的位置且所述芯棒球的所述第2位置位于与所述管坯的弯曲最内侧预定部相对的位置的方式配置于所述管坯的内部而进行所述旋转拉伸弯曲加工。
6.根据权利要求5所述的弯管的制造方法，其中，
在对所述管坯施加沿着轴线方向的压缩力的同时进行所述旋转拉伸弯曲加工。
7.一种弯管的制造装置，其包括：
弯曲模具，其具有用于引导作为直管的管坯的弯曲内侧预定部的槽，能够二维旋转；
紧固模具，其用于按压所述管坯的弯曲外侧端部而将所述管坯的弯曲内侧端部按压于所述弯曲模具，能够与所述弯曲模具一起二维旋转；
刮板，其用于支承所述管坯的弯曲内侧预定部；以及
压力模具，其用于按压所述管坯的弯曲外侧预定部而将所述管坯的弯曲内侧预定部按压于所述刮板，
该制造装置用于对所述管坯进行旋转拉伸弯曲加工而制造具有二维弯曲的弯曲部的弯管，其中，
该制造装置还包括配置于所述管坯的内部的权利要求1～4中任一项所述的芯棒，
所述芯棒以所述芯棒球的所述第1位置位于与所述直管的弯曲最外侧预定部相对的位置且所述芯棒球的所述第2位置位于与所述直管的弯曲最内侧预定部相对的位置的方式配置。
8.根据权利要求7所述的弯管的制造装置，其中，
该制造装置包括用于对进行所述旋转拉伸弯曲加工的所述管坯施加沿着轴线方向的压缩力的部件。
9.一种弯管，其为钢制，包括直管部和二维弯曲的弯曲部，其中，
在将所述弯曲部的壁厚设为t1、将所述直管部的壁厚设为t2、将所述直管部的外径设为D1、将所述弯曲部的弯曲半径设为R、将所述弯曲部的弯曲角度设为θ的情况下，
t2/D1：0.005～0.3、
t2：0.5～30、
D1：15～700、
R：1D1～6D1、
θ：0～180、
最大减薄率：14.5％以下、
最大扁平率：8.0％以下、
刚刚弯曲之后的硬度比：8％～50％，
其中，
最大减薄率：{(t2－t1)/t2}×100(％)的最大值、
最大扁平率：所述弯曲部的{(外径的最大值－外径的最小值)/D1}×100(％)的最大值、
刚刚弯曲之后的硬度比：(对弯曲部的弯曲外侧的中央部的L形截面沿着管长度方向以1mm节距、Hv(10kg)测量5点而得到的值的平均值)－(对直管部的L形截面沿着管长度方向以1mm节距、Hv(10kg)测量5点而得到的值的平均值)}/(对直管部的L形截面沿着管长度方向以1mm节距、Hv(10kg)测量5点而得到的值的平均值)，
上述t1、t2、D1、R的单位是mm，上述θ的单位是°。
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